化学选择性必修2第一节 原子结构第3课时课时训练

电子云与原子轨道　泡利原理、洪特规则、能量最低原理

　　　　　　　　　(40分钟　70分)

一、选择题(本题包括8小题，每小题5分，共40分)

1．下列关于能层、能级和轨道之间的关系不正确的是(　　)

A．每个能层上所有的能级数与能层的序数相等

B．每个能层(K、L、M…)上所有的轨道数对应为1、3、5…

C．每个能级(s、p、d…)上所有的轨道数分别为1、3、5…

D．每个能层(n)上所有的轨道总数为n2

【解析】选B。每个能层所包含的轨道数等于该层各能级的轨道数之和，即是能层序数的平方(n2)，B错误，D正确。

2．(2021·湖北八校高二检测)以下表示氦原子结构的化学用语中，对电子运动状态描述最详尽的是(　　)

A．　　　　　　 B．

C．1s2        D．

【解析】选D。A、B、C三项的表示方法只能说明氦原子核外第一能层有两个电子，但是不能说明这两个电子的运动状态，而D项说明两个电子均在1s能级，且自旋状态相反。

【补偿训练】

下列说法正确的是(　　)

①电子云中的一个小黑点代表一个电子　②电子云密度大的地方，说明电子在核外空间单位时间内出现的机会多　③原子轨道是指原子运行的轨道　④s电子的电子云呈球形，p电子的电子云呈哑铃形

A．①②　　　B．②③　　　C．③④　　　D．②④

【解析】选D。①电子云中的一个小黑点表示电子出现的几率，一个小黑点不能代表一个电子，故错误；②电子云密度大的地方，电子出现的几率大，则说明电子在核外空间单位时间内出现的机会多，故正确；③原子运行无规则，原子轨道为原子出现的空间区域，故错误；④s电子云球对称，p电子云轴对称，则s电子的电子云呈球形，p电子的电子云呈哑铃形，故正确。

3．(2021·福州高二检测)硫离子核外具有多少种不同能量的电子(　　)

A．16种　　　B．18种　　　C．2种　　　D．5种

【解析】选D。硫离子是由硫原子得到了两电子形成的，核内质子数是16，核外电子分三层排布，第一层2个，第二层8个，第三层8个，离子结构示意图为，核外电子排布式为1s22s22p63s23p6，不同能级上的电子具有不同的能量，所以核外有5种不同能量的电子。

【补偿训练】

(2021·盐城高二检测)下列关于氢原子电子云图的说法正确的是(　　)

A．通常用小黑点来表示电子的多少，黑点密度大，电子数目大

B．黑点密度大，单位体积内电子出现的机会大

C．通常用小黑点来表示电子绕核做高速圆周运动

D．电子云图是对运动无规律性的描述

【解析】选B。小黑点表示电子在核外空间某处出现的机会，不表示电子数目，故A错误；小黑点密度大表示电子在原子核外空间的单位体积内电子出现的概率大，故B正确；小黑点表示电子在核外空间某处出现的机会，不代表电子的运动轨迹，故C错误；电子云图反映电子在核外无规则运动时在某点出现的概率，是对运动的描述，故D错误。

4．下列说法正确的是(　　)

A．符号3px所代表的含义：第三个电子层px轨道有3个伸展方向

B．能层数为3时，有3s、3p、3d三个轨道

C．氢原子中只有1个电子，故氢原子核外只有1个轨道

D．s能级的原子轨道半径与能层序数有关

【解析】选D。3px中，3表示第三电子层，p原子轨道在三维空间的分布分别沿x、y、z三个方向，px表示沿x轴方向伸展的p轨道，所以A错误；能层数为3时，有3s、3p、3d共3个能级，共有9个轨道，B项错误；氢原子中确实只有1个电子，但轨道是人为规定的，可以是空轨道，C项错误；能层序数越小，s能级的原子轨道半径越小，D正确。

5.(2021·长沙高二检测)基态氢原子的电子云图为球形(如图)，下列有关说法中正确的是(　　)

A．1个小黑点表示一个电子

B．He的基态原子两个电子的电子云也是与此大小相同的球形

C．如果电子发生跃迁，有可能电子云形状变成哑铃形

D．小黑点密集的地方表示电子在该区域出现的概率小

【解析】选C。在电子云图中，小黑点并不代表电子，A错误；He的基态原子为1s2，所以电子云形状相同，但是电子能量不相同，电子云的大小不相同，B错误；如果氢原子的电子发生了跃迁，进入了其他能级，如p能级，则电子云的形状将变成哑铃形，C正确；小黑点代表电子在核外空间区域内出现的概率，小黑点的疏密与电子在该区域出现的概率大小成正比，D错误。

【补偿训练】

(2021·铜陵高二检测)下列关于钠元素的几种表达式错误的是(　　)

A．Na＋的电子排布图：

B．Na＋的结构示意图：

C．Na的电子排布式：1s22s22p63s1

D．Na的简化电子排布式：[Na]3s1

【解析】选D。 Na的简化电子排布式为[Ne]3s1。即上一周期的稀有气体(元素符号)＋该原子的价电子排布。

6．下列说法中正确的是(　　)

A．原子轨道与电子云都是用来描述电子运动状态的

B．在p轨道中电子排布成而不能排布其最直接的根据是泡利原理

C．如图所示的是Al原子的电子云图像

D．原子核外的M层上的s能级和p能级都填满了电子，而d轨道上尚未排有电子的两种原子，其对应元素一定位于同一周期

【解析】选A。原子核外并没有电子云，电子云是电子在核外空间出现概率密度分布的形象化描述，原子轨道和电子云都用来描述电子运动状态而不是表示电子运动轨迹，故A正确；当电子排布在同一能级的不同轨道时，基态原子中的电子总是优先单独占据一个轨道，且自旋状态相同，称为洪特规则，故B错误；铝原子核外电子排布为1s22s22p63s23p1，原子核外电子有s、p两种不同形状的电子云，未指明是哪种电子的电子云形状，故C错误；原子核外M层上的s、p轨道都充满电子，而d轨道上没有电子，符合条件的原子的核外电子排布式有1s22s22p63s23p6为氩原子，1s22s22p63s23p64s1为钾原子，1s22s22p63s23p64s2为钙原子，不一定处于同一周期，故D错误。

【补偿训练】

(2021·张家口高二检测)下列叙述正确的是(　　)

A．各能层的原子轨道数按s、p、d、f的顺序分别为1、3、5、7

B．各能层的能级都是从s能级开始到f能级结束

C．钾的M层有8个电子，所以钾的M层有4个轨道

D．各能层含有的原子轨道数为2n2

【解析】选A。各能级的原子轨道数取决于原子轨道在空间的分布情况，s、p、d能级分别含有1、3、5个原子轨道，A正确；各能层的能级都是从s能级开始，但能级数等于能层数，不一定到f能级结束，B不正确；钾的M层虽然只有8个电子，但是含有的轨道数目为9个，C不正确；各能层含有的原子轨道数为n2个，D不正确。

7．(2021·信阳高二检测)下列基态原子的电子排布式不符合构造原理但是正确的是(　　)

A．16S：1s22s22p63s23p4

B．24Cr：1s22s22p63s23p63d54s1

C．12Mg：1s22s22p63s2

D．基态P原子：1s22s22p63s23p3p

【解析】选B。根据构造原理，电子在各能级上的排列顺序为1s、2s、2p、3s、3p、4s、3d……且排布的电子数分别为2、2、6、2、6、2、10……故根据构造原理24Cr的电子排布式应为1s22s22p63s23p63d44s2。但是根据洪特规则特例Cr的电子排布式为1s22s22p63s23p63d54s1。所以选B。而D电子排布式错误，应该为

1s22s22p63s23p3p3p。

8．(2021·九江高二检测)下列各组原子中，彼此化学性质一定相似的是(　　)

A．原子核外电子排布式为1s2的X原子与原子核外电子排布式为1s22s2的Y原子

B．原子核外M层上仅有两个电子的X原子与原子核外N层上仅有两个电子的Y原子

C．2p轨道上有一个空轨道的X原子与3p轨道上有一个空轨道的Y原子

D．最外层都只有1个电子的X、Y原子

【解析】选C。电子排布式为1s2的原子为He，电子排布式为1s22s2的原子为Be，两者化学性质不相似，A错误；原子核外M层上仅有两个电子的X原子为Mg，原子核外N层上仅有两个电子的Y原子有多种，如第四周期中Ca、Fe等都符合，化学性质不一定相似，B错误；2p轨道上有一个空轨道的X原子为C，3p轨道上有一个空轨道的Y原子为Si，均为ⅣA族元素，同主族元素，化学性质一定相似，C正确；最外层只有1个电子的第ⅠA族元素可以，过渡元素中也有很多最外层只有1个电子的(如Cr、Cu)，故化学性质不一定相似，D错误。

二、非选择题(本题包括2小题，共30分)

9．(18分)(2021·临沂高二检测)如图是s能级和p能级的原子轨道图。

试回答下列问题：

(1)s电子的原子轨道呈________形，每个s能级有________个原子轨道；p电子的原子轨道呈________形，每个p能级有________个原子轨道。

(2)元素X的原子最外层电子排布式为nsnnpn＋1，原子中能量最高的是________电子，其电子云在空间有3个互相________(填“垂直”或“平行”)的伸展方向。元素X的名称是________，它的最低价氢化物的电子式是____________________。

(3)元素Y的原子最外层电子排布式为nsn－1npn＋1，Y的元素符号为________，原子的核外电子排布式为____________________。

(4)下列电子排布图中，能正确表示元素X的原子处于最低能量状态的是________。

【解析】(1)s电子的原子轨道呈球形，每个s能级有1个原子轨道；p电子的原子轨道都呈哑铃形，每个p能级有3个原子轨道，它们相互垂直，分别以px、py、pz表示。(2)元素X的原子最外层电子排布式为nsnnpn＋1，np轨道已排有电子，说明ns轨道已排满电子，即n＝2，则元素X的原子核外电子排布式为1s22s22p3，X是氮元素。其最低价氢化物为NH3，电子式为。(3)元素Y的原子最外层电子排布式为nsn－1npn＋1，则n－1＝2，n＝3，则Y元素的原子核外电子排布式为1s22s22p63s23p4，Y是硫元素。(4)若元素的原子处于最低能量状态，则其核外电子排布符合能量最低原理、泡利原理和洪特规则。A、B项违背洪特规则，C项表示元素的原子处于激发态，违背能量最低原理。

答案：(1)球　1　哑铃　3　(2)2p　垂直　氮    

(3)S　1s22s22p63s23p4　(4)D

【补偿训练】

(1)下列原子的最外层电子排布式(或轨道表示式)中，哪一种状态的能量较低？

①氮原子：(　　)

②钠原子：A.3s1　　 B．3p1(　　)

③碳原子：(　　)

(2)原子序数为24的元素原子中有________个能级，________个价电子，________个未成对电子。

【解析】(1)①根据洪特规则，电子在能量相同的各个轨道上排布时尽可能分占不同的原子轨道，且自旋方向相同，故①选B，③选A。据能量最低原理，核外电子先占据能量低的轨道，再占据能量高的轨道，②中由于s轨道的能量低于p轨道的能量，故选A。(2)某元素的原子序数为24，基态原子核外电子排布式为1s22s22p63s23p63d54s1，原子核外电子排布分成4层，有4个能层，K能层上有1个能级1s，L能层上有2个能级，分别为2s、2p能级，M能层上有3个能级，分别为3s、3p、3d能级，N能层上有1个能级，为1s，7个能级，价电子排布式为3d54s1，6个价电子，3d能级有5个未成对电子，4s1能级有1个未成对电子，共有6个未成对电子。

答案：(1)①B　②A　③A　(2)7　6　6

10．(12分)A、B、C、D、E代表5种元素。请填空：

(1)A元素基态原子的最外层有3个未成对电子，次外层有2个电子，其元素符号为________；

(2)B元素的负一价离子和C元素的正一价离子的电子层结构都与氩相同，B的元素符号为________，C的元素符号为________；

(3)D元素的正三价离子的3d轨道为半充满，D的元素符号为________，其基态原子的电子排布式为____________；

(4)E元素基态原子的M层全充满，N层没有成对电子，只有一个未成对电子，E的元素符号为________，其基态原子的电子排布式为________。

【解析】(1)A元素原子核外共有7个电子，则其核内有7个质子，因此A元素为N。(2)B、C分别为17、19号元素，即分别为Cl、K。(3)D3＋的电子排布式为1s22s22p63s23p63d5，可知D为26号元素，即Fe，其基态原子的电子排布式为1s22s22p63s23p63d64s2。(4)E元素原子核外共有29个电子，第29号元素为Cu，其基态原子的电子排布式为1s22s22p63s23p63d104s1。

答案：(1)N　(2)Cl　K

(3)Fe　1s22s22p63s23p63d64s2

(4)Cu　1s22s22p63s23p63d104s1

【补偿训练】

(2021·湖北七市联考)(1)基态氟原子核外9个电子，这些电子的电子云形状有________种；氟原子有________种不同能量的电子，价层电子排布图为________________。

(2)已知锡位于第五周期，与C同主族，写出Sn2＋的最外层电子排布式：__________________；Cl－中有________种运动状态不同的电子。

(3)基态硼原子的核外电子排布图为_______________________。

【解析】(1)氟原子电子排布式为1s22s22p5，含有s轨道和p轨道2种原子轨道，故电子的电子云形状有2种；电子能量由能层和能级共同决定，所以氟有3种不同能量的电子。氟的最外层电子排布式即价电子排布式为2s22p5，排布图为。

(2)同主族元素最外层电子数相同，Sn位于第五周期，与C同主族，则Sn2＋的最外层电子排布式为5s2；Cl－有18个电子，所以有18种不同运动状态。 (3)基态硼原子的核外电子数为5， 电子排布式为1s22s22p1，电子排布图为

答案：(1)2　3　

(2)5s2　18　(3)

(20分钟　30分)

一、选择题(本题包括2小题，每小题5分，共10分)

11．(2021·长沙高二检测)下列说法错误的是(　　)

A．电子排布式(22Ti)：1s22s22p63s23p10，违反了泡利原理

B．电子排布式(6C)：1s22s22p，违反了洪特规则

C．ns电子的能量不一定高于(n－1)p电子的能量

D．电子排布式(21Sc)：1s22s22p63s23p63d3，违反了能量最低原理

【解析】选C。根据泡利原理知，3p轨道最多排6个电子，该电子排布式违反了泡利原理，故A正确；根据洪特规则知，2p轨道上的两个电子应排在不同轨道上，该排布式违反了洪特规则，故B正确；电子能量与能层和能级都有关，ns电子的能量一定高于(n－1)p电子的能量，故C错误；根据能量最低原理知，电子先排能量低的轨道后排能量高的轨道，该电子排布式违反了能量最低原理，故D正确。

【补偿训练】

(2021·临川高二检测)下列有关原子核外电子的能量与运动状态的说法正确的是(　　)

A．在同一原子中，2p、3p、4p……能级的原子轨道数依次增多

B．在同一能级上运动的电子，其能量一定相同

C．氢的K层和Na的M层均只有一个电子，所以氢的K层和Na的M层轨道数目相同

D．在同一原子中，1s、2s、3s、4s……能级的原子轨道的平均半径相同

【解析】选B。在同一原子中，无论是2p、3p还是4p能级都有三个互相垂直的原子轨道，A项错误。决定电子能量的是能层和能级，也就是说，处于同一能层相同能级上的电子，即使处在不同的原子轨道上，其能量也是相同的，B项正确。虽然氢的K层和Na的M层均只有一个电子，但K和M层的轨道数目不相等，分别为1个和9个 ，C项错误。虽然s能级上的原子轨道的形状都是球形，但按照1s、2s、3s、4s……的顺序，电子的能量依次增大，电子在离核更远的区域出现的概率逐渐增大，电子云向更大的空间扩展，原子轨道的平均半径逐渐增大，D项错误。

12．(2021·济宁高二检测)下列说法正确的是(　　)

A．概率密度的大小体现了电子数目的多少

B．核外电子的运动规律与普通物体不同，不能用牛顿运动定律来解释

C．基态P原子的2p电子的电子云和3p电子的电子云均为哑铃形，所以完全相同

D．氢原子的电子云图像一定不可能为哑铃形

【解析】选B。电子云表示电子在原子核外空间某处出现概率的大小，A错误；原子核外电子运动不规则，所以不能用牛顿运动定律来解释，B正确；基态P原子的2p电子的电子云和3p电子的电子云均为哑铃形，但大小不同，C错误；基态氢原子的电子处于1s轨道，电子云形状为球形，但若发生跃迁进入p、d等其他能级，则电子云的形状将发生改变，D错误。

【补偿训练】

(2021·济南高二检测)下列叙述中，正确的是(　　)

A．1s电子云轮廓图是一个球面，表示在这个球面以内，电子出现的概率为100%

B．在能层、能级以及电子云的伸展方向确定时，电子的运动状态才能确定下来

C．在现代化学中，常利用原子光谱上的特征谱线来鉴定元素，称为光谱分析

D．原子核外的电子就像行星围绕太阳一样绕着原子核做圆周运动

【解析】选C。1s电子云轮廓图是一个球面，是人为划定的球面，1s电子云轮廓图以外，电子出现的几率小，但不为零，故A错误；电子的运动状态由能层、能级、电子云的伸展方向以及电子的自旋状态决定，所以在能层、能级、电子云的伸展方向以及电子的自旋状态确定时，电子的运动状态才能确定下来，故B错误；用光谱仪器摄取各种元素的电子的吸收光谱或发射光谱总称原子光谱，不同元素原子的吸收光谱或发射光谱不同，所以可以利用原子光谱上的特征谱线来鉴定元素，故C正确；电子云表示电子在核外空间某处出现的机会，不代表电子的运动轨迹，原子核外的电子运动是无规则的，故D错误。

二、非选择题(本题包括1小题，共20分)

13．(2021·晋中高二检测)根据相关物质结构理论，回答下列问题：

(1)以下列出的是一些原子的2p能级和3d能级中电子排布图及Sc的电子排布式。试判断，违反了泡利原理的是_______，违反了洪特规则的是_________，违反了能量最低原理的是__________________________。

⑤(21Sc)1s22s22p63s23p63d3

(2)某种原子的结构示意图为。则该原子的核电荷数x取值范围为____________。

(3)铁元素常见的离子有Fe2＋和Fe3＋，稳定性Fe2＋________Fe3＋(填“大于”或“小于”)，原因是_____________________________________________。

【解析】(1)，电子排布正确；，违反了两电子在一个轨道内自旋状态相反的原理，即泡利原理；，违反了电子要优先单独占据一个轨道的原理，即洪特规则；，书写正确；⑤(21Sc)1s22s22p63s23p63d3，电子排布应3p排布完后先排4s能级，未遵循能量最低原理；

(2)某种原子的结构示意图为。若该原子的第三层为8个电子，则x＝20，若第三层排满18个电子，则x＝30；

(3)铁元素常见的离子有Fe2＋和Fe3＋，Fe2＋失去两个电子，3d能级有6个电子，Fe3＋失去3个电子，3d能级半满，更稳定，故稳定性Fe2＋小于Fe3＋。

答案：(1)②　③　⑤　(2) 20≤x≤30

(3)小于　Fe2＋的价电子排布式为3d6，Fe3＋的价电子排布式为3d5，Fe3＋的3d能级为半满状态较稳定